醫用SMS非織造材料的制備與研究

謝檸蔚，張 瑜，張廣宇，鄒志偉，胡夢瑩，仇 何

(南通大學，江蘇 南通 226019)

醫用SMS非織造材料的制備與研究

謝檸蔚，張 瑜*，張廣宇，鄒志偉，胡夢瑩，仇 何

(南通大學，江蘇 南通 226019)

采用低溫空氣等離子體對聚丙烯SMS非織造材料進行表面改性，使SMS的親水性和柔軟性得到顯著改善。先通過單因素實驗，研究柔軟劑濃度、浸漬溫度和浸漬時間對材料柔軟性的影響，然后再進行正交試驗，優化柔軟整理工藝，最佳工藝為柔軟劑濃度5%(o.w.f)、水浴溫度50 ℃和浸漬時間35 min。利用納米銀對其進行后整理，增加材料的抗菌性。研究抗菌劑的pH值、浸漬時間和浸漬溫度對抗菌性的影響，最佳工藝為pH值6.5、浸漬時間60 min和浸漬溫度60 ℃。

SMS非織造材料；正交試驗；柔軟性；抗菌性；沾水性

SMS非織造材料能有效彌補紡粘法和熔噴法非織造材料的弱點[1]，充分利用兩者的優勢，使SMS具有良好的強力、耐靜水壓性能、吸附性、過濾性和阻菌性。SMS非織造材料優異的特性決定了其廣泛的用途，使其產量不斷增長[2]。另外，隨著人們生活水平的提高及個人衛生防護意識的增強，SMS非織造產品在衛生、醫療、生活等方面得到了不斷地推廣和應用。本文主要通過改善SMS非織造材料的柔軟性和抗菌性，達到新型醫用防護材料的性能要求[3]。

在醫療手術過程中一般都會使用醫生手術服、手術洞巾、設備帷簾等。雖然這幾個產品的性能側重點不同，但他們要求對病人和醫生都同樣具有安全性[4]。在做手術或病房中，當流體滲透過材料時，微生物也被帶入，所以防護服要能防止液體和伴隨而來的細菌或病菌的滲透。作為服用材料，醫用防護服與身體直接接觸，在穿著過程中應該盡量保持一定的舒適性和柔軟性[5-6]。

1 試驗部分

1.1 材料與儀器

材料：聚丙烯SMS非織造材料(克重50 g/m2，各層質量比1∶1∶1，厚度0.36 mm)，南通麗洋有限公司；聚醚改性有機硅類柔軟劑RSB-50，常州中策紡織助劑有限公司；納米銀膠，江西眾樂堂實業有限公司；瓊脂培養營養基，上海哈靈生物有限公司；金黃色葡萄球菌、白色念珠菌、大腸桿菌，北京普博斯生物科技有限公司；無水乙醇、冰乙酸，武漢榮申化工有限公司。

儀器：HD-1A型冷等離子體改性設備，常州新區世態等離子體技術有限公司；GKC-218型數顯控溫水浴鍋，上海蘇進儀器設備廠；恒溫培養箱，巨良集團；電熱高壓蒸汽滅菌鍋，蘇州賽恩斯儀器有限公司。

1.2 樣品制備

將樣品用丙酮浸泡1 h，超聲波洗滌1 h，再用蒸餾水反復清洗，除去樣品表面雜質，烘干備用。將清洗好的試樣放入HD-1A型等離子處理器反應室內，通過調節壓強，使其穩定在實驗所需值(20～50 Pa)，待處理30～600 s后取出樣品[7]。取一定量的納米銀加入水中，并放入超聲波震蕩儀中進行充分分散，配取一定濃度的納米銀分散液。

2 結果與討論

2.1 柔軟整理對材料柔軟性能的影響

2.1.1 柔軟劑濃度對柔軟性能的影響

將柔軟整理劑按要求配制成不同濃度的整理液，把預處理后的SMS非織造材料浸漬其中，30 ℃水浴浸漬30 min，80 ℃預烘5 min，110 ℃焙烘3 min。對不同濃度的整理液所整理的試樣進行彎曲性能和懸垂性能的測試，結果見圖1。

隨著濃度的增加，整理后的試樣也隨之具有較好的柔軟性能。在濃度為1%(o.w.f)，柔軟性能較差，這是因為材料的柔軟性能的改善與材料表面柔軟劑大分子的含量密切相關[8]，整理劑濃度太低時，柔軟劑大分子與材料表面得不到有效結合，因此達不到較好的柔軟改性效果。為了保證整理后的柔軟效果，濃度不應低于3%。在濃度5%時，柔軟效果最佳。隨著濃度的進一步增加，柔軟效果并沒有隨之增強而是趨于穩定。

圖1 柔軟劑濃度對柔軟性能的影響

2.1.2 浸漬時間對柔軟性能的影響

選擇浸漬時間為10、20、30、40、50 min，保證其他工藝參數不變，即柔軟劑濃度為5%、水浴溫度30 ℃，80 ℃預烘5 min，110 ℃烘焙3 min，測試結果見圖2。

圖2 浸漬時間對柔軟性能的影響

由圖2可知，隨著浸漬時間延長，SMS的彎曲剛度和懸垂系數均減小，且彎曲剛度的變化比懸垂系數更加明顯。浸漬時間超過30 min后，柔軟效果的變化程度減小，并趨于穩定。這是因為在浸漬初期，柔軟劑大分子便開始以一定速度與SMS結合，一定時間后，與SMS結合的柔軟劑分子層逐漸趨于飽和，再繼續浸漬柔軟劑，SMS柔軟性效果的改善也不再增加。

2.1.3 水浴溫度對柔軟性能的影響

選擇水浴溫度20、30、40、50、60 ℃，其他工藝參數不變，即柔軟劑濃度5%、浸漬時間30 min，80 ℃預烘5 min，110 ℃烘焙3 min，測試結果見圖3。

在20 ℃的水浴溫度下進行柔軟整理的效果較差，隨著水浴溫度的升高，柔軟效果明顯得到了改善，但水浴溫度超過40 ℃后，柔軟效果便趨于穩定。這是因為柔軟劑大分子的熱運動加速了與SMS的結合，溫度升高，分子運動活躍，有助于柔軟劑在SMS表面鋪展，形成一層均勻定向吸附層，改善其柔軟性能。當溫度繼續升高時，這種影響力就會削弱。

圖3 水浴溫度對柔軟性能的影響

2.1.4 正交試驗

為了進一步研究柔軟整理工藝條件對SMS改性效果的影響，選擇了3因素3水平的正交試驗，因素水平表見表1，正交試驗結果見表2。

表1 正交試驗水平表

表2 正交試驗結果

綜合懸垂系數指標，把各因素最好的水平組合起來為A2B3C3；綜合彎曲剛度指標，把各因素最好的水平組合起來為A2B2C3。而柔軟整理的3個因素對改性效果影響大小的順序為：柔軟劑濃度>水浴溫度>浸漬時間。由于浸漬時間對柔軟改性效果的影響較小，綜合彎曲剛度和懸垂系數這2個指標的最佳方案，得出柔軟整理最佳工藝條件：柔軟劑濃度5%(o.w.f)、浸漬時間35min、水浴溫度50 ℃。

2.2 沾水試驗分析

沾水試驗用于衡量織物表面被水沾濕的能力。從織物的不同位置選取3塊18cm×18cm的試樣，在空氣溫度為18～22 ℃、相對濕度65%的條件下調濕24h，試驗結果見圖4。

圖4 沾水試驗結果

由圖4可知，試樣的沾水等級在3-4級之間，差異不大，表示聚丙烯SMS非織造材料的表面不易被水沾濕，具有一定的拒水性，這是由聚丙烯材料本身的性質決定的。但經過柔軟整理后材料的沾水等級明顯下降，這是由于柔軟整理后材料的親水性增加。

2.3 抗菌整理對材料性能的影響

2.3.1 抗菌劑pH值對抗菌性能的影響

在抗菌劑濃度相同的情況下(抗菌劑的質量分數為3%)，抗菌劑pH值的不同所帶來的抗菌效果也是有所區別的，結果見表3。

表3 pH值對SMS非織造材料抗菌性能的影響 單位：%

由表3可以看出，pH值為6.5時抗菌整理劑對SMS非織造布的抗菌性能良好。人體皮膚pH值是呈弱酸性，部分醫用防護服是直接與人體接觸，需要選一個接近人體皮膚的pH值。從圖表中我們可以看到pH值越大，對這3種菌種的抗菌效果更明顯，但接近于人體皮膚pH值且能保證抗菌效果的最佳pH值為6.5，所以抗菌整理劑較為合適的pH值為6.5。

2.3.2 浸漬法對抗菌性能的影響

將SMS非織造材料浸漬在15μg/ml的納米銀分散液中，在不同溫度下浸泡不同時間，通過試驗對比選出最佳的浸漬時間和溫度來提高抗菌率，如表4所示。

表4 浸漬法對SMS非織造布抗菌性能的影響

從表4可知，浸漬時間不變的情況下，SMS非織造布抗菌率隨著溫度的升高呈現先增大后減小的趨勢，在60 ℃時到達最大值。在相同溫度下，浸漬60min的抗菌效率高于30min。

3 結語

借助等離子體預處理技術對聚丙烯SMS非織造材料進行柔軟整理和納米銀的抗菌處理。研究柔軟整理工藝參數對柔軟整理效果的影響，通過正交試驗得出最佳柔軟整理工藝條件：柔軟劑濃度5%(o.w.f)、浸漬時間35min、水浴溫度50 ℃。在抗菌處理方面，從pH值和浸漬時間、浸漬溫度角度考慮，得到在納米銀溶液pH值6.5，浸漬時間60min左右,材料的抗菌性能很好。從材料沾水性能看出，SMS非織造材料在柔軟整理后具有較好的沾水性。

[1] 徐家福,楊雅光,郭秉臣. 熔噴法非織造布結構與性能分析 [J]. 非織造布， 2005,13(3):35-39.

[2] 陳康振.SMS復合非織造布的生產、用途及其發展 [J]. 非織造布， 2004,(1):10-14.

[3] 趙 博. 紡粘非織造布的新技術和進展[J]. 紡織機械, 2010,(1):15-20.

[4] 劉雙營,商延航,徐艷峰. 功能型個人護理用品水刺非織造表層材料的開發[J]. 山東紡織科技, 2013,54(6):48-51.

[5] 蔡岑岑,胡吉永,丁 辛. 感知模式對織物柔軟性評價結果的影響 [J]. 東華大學學報(自然科學版)， 2012，38(1)：26-30.

[6] 林立虎.應用雙活性基聚硅氧烷改善棉織物的手感和防皺效果 [D]. 上海：東華大學， 2013.

[7] 許慶燕. 等離子體改性熔噴PP非織造布及其復合濾材的制備與表征 [D]. 上海：東華大學， 2013.

[8] 許 聰,郝天智,溫學輝,等. 納米銀/脫細胞真皮基質的制備及抗菌效果評價 [J]. 中華損傷與修復雜志(電子版)， 2013，8(2)：12-16.

2017-2021年全球碳纖維自行車架市場發展趨勢分析

日前，英國跨國技術及市場調研公司Technavio發布了最新的全球碳纖維自行車架市場調查分析報告，該報告重點分析了2017-2021年將對該市場產生重大影響的發展趨勢，并提出了一個將對市場興衰產生直接影響的新的趨勢因素。

Technavio公司專業從事汽車部件行業分析的首席分析師Siddharth Jaiswai稱，得益于樹脂、纖維增強復合材料等新技術的不斷發展，各行業對碳纖維復合材料的需求呈現不斷增長的態勢，因此，2017-2021年間，全球碳纖維自行車架市場的年均增長率預計將達到27%，到2021年市場需求將達到1443萬套。

據Technavio公司預測，未來5年中，驅動碳纖維自行車架市場發展的三大發展趨勢如下：

手工打造完美精品

對于自行車來說，所有的碳纖維部件都是采用碳纖維片材手工糊制而成的。通過計算機控制設備對碳纖維片材進行裁切，隨后根據鋪放順序將這些碳纖維片層在模具中進行組裝。

對一些小型的零件，整個鋪放過程可以由一個工人獨立完成，而對于大的部件單元，車架的特定部位需要進行特別的鋪層，隨后該零件交由生產線上的下一個工人鋪放其他部位的對應材料，最后送入模具完成固化。當然，固化后的清洗、噴涂工藝同樣需要人工監督完成。

線上銷量迅猛增長

盡管實體零售業仍然是運動自行車的主要銷售形勢，但在預測期內線上銷量將獲得突飛猛進的增長。快捷的物流服務和具有競爭力的售價是全球線上銷售獲得成功的關鍵。就市場份額來講，線上銷售被認為將在2015-2018年間成為銷售量增長最快的分銷渠道。消費者在網絡平臺上可以看到更多更全的產品型號和規格。如eBay、Amazon等網絡銷售平臺都能夠為全球的消費者提供碳纖維自行車。而實體零售賣家也可以通過網絡來提高他們的客戶量和銷售額。

網絡的不斷滲透、線上銷售平臺的日漸普及、可靠的物流服務都已成為推動全球碳纖維自行車架市場不斷增長的重要因素。

自行車聯網技術方興未艾

碳纖維自行車輕質、高速。融入了安全性考慮的跟蹤傳感器的應用將是碳纖維自行車領域發展的又一大趨勢。網絡技術為騎行提供了安全性和自動跟蹤特性。傳感器將在被“非法”碰觸時通知車主或使用者；車蹬上的傳感器同時能夠記錄速度、傾角、路線和卡路里消耗量；而全球定位系統GPS將對自行車進行自動定位。加拿大團隊設計的Vanhawks Valour智能自行車就將GPS定位部件直接裝配進了碳纖維車架中，大大提升了使用者的騎行體驗。

(來源：中國復材展組委會)

Preparation and Study of Medical SMS Nonwovens

XIE Ning-wei, ZHANG Yu*, ZHANG Guang-yu, ZOU Zhi-wei, HU Meng-ying, Qiu He

(Nantong University, Nantong 226019, China)

Polypropylene SMS nonwoven material was modified by air low-temperature plasma. The hydrophilicity and softness of SMS were improved remarkably. Firstly, single factor experiments were conducted to study the effect of softening agent concentration, dipping temperature and dipping time on the softness of material, then orthogonal experiment was conducted to optimize the soft finishing process. The optimum process was softener concentration 5%(o.w.f), water bath temperature 50 ℃ and dipping time 35 min. Nano silver was used for finishing process to increase the antibacterial properties of materials. The influence of pH value, dipping time and dipping temperature on antimicrobial property was investigated. The optimum process was pH value 6.5, dipping time 60 min and dipping temperature 60 ℃.

SMS nonwoven materials; orthogonal test; softness; antimicrobial properties; wettability

2017-04-25；

2017-04-28

國家自然科學基金(51503105)；南通大學研究自主創新項目(YKC16017)；南通大學紡織服裝學院校級科技創新項目(2016090)

謝檸蔚(1992-)，女，在讀碩士研究生，主要研究方向為先進纖維及非織造材料制備，E-mail：1215294416@qq.com。

*通信作者：張 瑜(1965-)，男，教授，博士，主要研究方向為先進纖維及非織造材料制備，E-mail：z.yu@ntu.edu.cn。

TS172

A

1673-0356(2017)07-0012-04